自蔓延冶金法制備粉體與合金的研究進(jìn)展

豆志河，張廷安

(東北大學(xué)冶金學(xué)院 多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

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青年園地

自蔓延冶金法制備粉體與合金的研究進(jìn)展

豆志河，張廷安

(東北大學(xué)冶金學(xué)院 多金屬共生礦生態(tài)化冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展和學(xué)科間的交叉融合以及外場(chǎng)技術(shù)在冶金過程中的應(yīng)用，形成了一門新的冶金交叉學(xué)科——“特殊冶金”。“自蔓延冶金”是特殊冶金學(xué)科分支的重要研究領(lǐng)域之一，自蔓延冶金利用反應(yīng)體系自身快速釋放的化學(xué)反應(yīng)熱可快速形成一個(gè)超高瞬變溫場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)高熔點(diǎn)金屬和化合物的快速、高效制備。系統(tǒng)論述了高熔點(diǎn)超細(xì)金屬粉體、超細(xì)硼化物陶瓷粉體的生產(chǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀以及自蔓延冶金在高熔點(diǎn)超細(xì)金屬粉體、超細(xì)硼化物陶瓷粉體制備方面的最新研究成果。此外，目前鈦合金、銅鉻難混溶合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及其制備過程中存在著生產(chǎn)成本高、工藝流程長(zhǎng)、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，介紹了基于鋁熱還原的多級(jí)深度還原法直接制備鈦基合金和銅鉻難混溶合金的最新研究進(jìn)展。

特殊冶金；自蔓延冶金；超細(xì)粉體；鈦基合金；難混溶合金

1　前　言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展和學(xué)科間的交叉融合, 新的冶金方法、理論與技術(shù)不斷出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的冶金技術(shù)已從狹義的在礦石提取金屬，發(fā)展為廣義的冶金與材料制備過程。隨著外場(chǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，形成了一門新的冶金交叉學(xué)科——“特殊冶金”，即利用電磁場(chǎng)、微波場(chǎng)、超高溫場(chǎng)等非常規(guī)外場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)冶金過程的強(qiáng)化，使得冶金產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，又叫“外場(chǎng)冶金”[1]。國(guó)家自然科學(xué)基金委“十三五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出“特殊冶金”是有色金屬冶金學(xué)科的五大分支學(xué)科之一，是目前冶金學(xué)術(shù)界最熱的研究領(lǐng)域之一。因此, 特殊冶金學(xué)科的主要科學(xué)問題及研究?jī)?nèi)容包括:(l) 外場(chǎng)作用下焙燒礦物微觀結(jié)構(gòu)的變化及其傳質(zhì)規(guī)律, 由于不同外場(chǎng)對(duì)礦物焙燒過程的作用力不同, 引起的礦物微觀結(jié)構(gòu)的變化也不盡相同；(2) 特殊外場(chǎng)作用下的物理化學(xué)與界面現(xiàn)象, 通常的熱力學(xué)參數(shù)及其性質(zhì)都是在常壓和重力場(chǎng)下測(cè)定的, 因此, 在特殊外場(chǎng)下尤其是在超強(qiáng)磁場(chǎng)下物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)的研究顯得十分必要；(3) 外場(chǎng)作用下的物質(zhì)遷移的傳輸參數(shù)與傳輸規(guī)律, 通常的擴(kuò)散系數(shù)傳熱系數(shù)是在重力場(chǎng)中測(cè)得, 當(dāng)外場(chǎng)達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí), 這些參數(shù)就會(huì)變化, 從而影響傳遞規(guī)律；(4) 多場(chǎng)(電磁場(chǎng)、高壓、微波、超聲波、熱場(chǎng)、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)等) 協(xié)同作用下的多相耦合及反應(yīng)過程規(guī)律, 多個(gè)反應(yīng)間的耦合過程中各種反應(yīng)動(dòng)力學(xué)間和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)匹配問題, 多種極端條件下(高溫、高壓、高濃度) 物質(zhì)傳遞規(guī)律進(jìn)行研究；(5) 特殊外場(chǎng)作用下的新型冶金反應(yīng)器理論, 包括多元多相復(fù)雜體系的多尺度結(jié)構(gòu)與效應(yīng)(微米級(jí)固相顆粒、氣泡、顆粒團(tuán)聚、設(shè)備尺度等), 新型冶金反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特征及優(yōu)化, 新型冶金反應(yīng)器的放大依據(jù)及其放大規(guī)律。

根據(jù)外場(chǎng)及能量作用形式的不同，特殊冶金又可分為電磁冶金、微波冶金、超聲波冶金等形式，具體如表1所示。其中，“自蔓延冶金”[2]作為特殊冶金學(xué)科分支的重要研究領(lǐng)域之一，充分利用反應(yīng)自身形成的超高瞬變溫場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高熔點(diǎn)金屬和化合物的快速、高效制備，因此受到冶金材料界越來越廣泛的關(guān)注。20世紀(jì)90年代東北大學(xué)“特殊冶金”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)率先提出了“自蔓延冶金”的概念，出版了首部自蔓延冶金專著《自蔓延冶金法制備TiB2和LaB6陶瓷微粉》[2]，并開發(fā)出自蔓延冶金制粉和自蔓延冶金熔鑄制備銅基合金和鈦基合金等技術(shù)。國(guó)內(nèi)武漢理工大學(xué)、蘭州理工大學(xué)近10年來均開始嘗試采用自蔓延冶金工藝制備超細(xì)陶瓷粉體，大連理工大學(xué)、天津大學(xué)等單位利用自蔓延冶金制粉工藝制備出無定形硼粉等超細(xì)粉體，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、華中科技大學(xué)等利用自蔓延冶金熔鑄工藝制備出銅基難混溶合金等。

表1　特殊冶金統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)表[1]

2　自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的研究進(jìn)展

2.1自蔓延冶金法制備硼化物陶瓷粉

無定形硼粉是固體火箭推進(jìn)劑燃料、汽車安全氣囊用高活性延期藥，CaB6是無氧銅高效脫氧劑、高端碳質(zhì)耐火材料添加劑[3]，TiB2是高熔點(diǎn)導(dǎo)電陶瓷，LaB6和CeB6等稀土硼化物是高端發(fā)射陰極的首選材料[4]，B4C是耐磨材料、防彈裝甲材料以及核屏蔽材料的首選。由此可見，硼及硼化物是關(guān)乎國(guó)民國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)家安全的重要戰(zhàn)略物質(zhì)，但我國(guó)作為第四大硼資源大國(guó)，開發(fā)的含硼產(chǎn)品僅30余種，不足美、日發(fā)達(dá)國(guó)家的1/4。國(guó)內(nèi)急需的無定形硼粉、六硼化鈣、六硼化鑭、碳化硼等戰(zhàn)略型高端含硼產(chǎn)品，由于產(chǎn)品品質(zhì)差以及缺乏規(guī)模化清潔制備技術(shù)而依賴進(jìn)口，每年消耗外匯數(shù)百億元人民幣。即便如此，發(fā)達(dá)國(guó)家仍對(duì)我國(guó)采取嚴(yán)格的技術(shù)、產(chǎn)品出口限制，嚴(yán)重威脅著國(guó)家戰(zhàn)略安全。

東北大學(xué)的張廷安、豆志河將自蔓延高溫合成技術(shù)與濕法冶金浸出和氯化鎂熱解技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新，發(fā)明了自蔓延冶金法制備超細(xì)硼化物粉體的清潔生產(chǎn)新技術(shù)。即，以金屬氧化物、氧化硼、鎂粉為原料，采用自蔓延高溫合成技術(shù)獲得產(chǎn)物彌散分布在泡沫狀MgO基體的燃燒產(chǎn)物，然后用稀HCl密閉強(qiáng)化浸出燃燒產(chǎn)物中的MgO，過濾、洗滌、干燥得硼化物納米/微米粉；氯化鎂浸出液直接熱解得MgO粉體，熱解尾氣吸收制酸返回浸出段利用，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)[5-13]。

圖1是采用自蔓延冶金法制備金屬硼化物粉體的SEM照片。由圖1可知，CaB6的顆粒粒度<2 μm，CeB6的顆粒粒度<200 nm，LaB6的顆粒粒度< 1 μm，NdB6的顆粒粒度<

1 μm?；瘜W(xué)成份分析結(jié)果表明：CaB6的純度>98.5%，CeB6的純度>99.0%，LaB6的純度>99.0%，NdB6的純度>99.0%。

圖2是采用該方法制備的無定形硼粉TEM照片及B4C粉末的SEM照片。由圖2可知，無定形硼粉的晶體粒度不足50 nm，B4C粉末的晶體粒度<1 μm。成分分析結(jié)果表明：無定形硼粉純度>95%，B4C的純度>98.5%。

圖1　金屬硼化物粉體的SEM照片：(a) CaB6,(b) CeB6,(c) LaB6,(d) NdB6 Fig.1　SEM micrographs of metal borides powders:(a) CaB6,(b) CeB6,(c) LaB6,(d) NdB6

圖2　無定形硼粉TEM照片(a)，及B4C的SEM照片(b)Fig.2　TEM micrographs of amorphous boron powder (a) and SEM micrographs of B4C (b)

2.2自蔓延冶金法制備高熔點(diǎn)金屬超細(xì)粉

1986年Charles Hull開發(fā)出第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)，2005年ZCorp公司研制出首個(gè)高清3D打印機(jī)Spectrum Z510，2010年11月美國(guó)打印出第一輛3D打印汽車Urbee，2011年7月第一臺(tái)3D巧克力打印機(jī)被開發(fā)出來，2011年8月第一架3D打印飛機(jī)研制成功， 2012年11月首次采用3D打印技術(shù)制備出人造肝臟組織，2014年8月美國(guó)宇航局3D打印火箭噴射器性能測(cè)試試驗(yàn)獲得成功，2014年8月北京大學(xué)附屬醫(yī)院首次為12歲男孩植入了3D打印脊椎，2014年11月10日全球首款3D打印筆記本開始預(yù)售，2015年7月DM公司推出首款3D打印超級(jí)跑車“刀鋒(Blade)”，其百米加速時(shí)間只有2.2 s?？梢姡?D打印技術(shù)已廣泛影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。

3D打印受到世界各國(guó)的越來越高的關(guān)注和競(jìng)爭(zhēng)，2015年8月21日中國(guó)工程院院士盧秉恒在中南海給國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人做了題為“先進(jìn)制造與3D打印”的專題講座。我國(guó)3D打印技術(shù)起步較晚，但針對(duì)主流技術(shù)的研發(fā)水平已處于世界領(lǐng)先地位。如2015年9月3日大閱兵的艦載機(jī)都是采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3D打印技術(shù)制備的，我國(guó)在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印水平已領(lǐng)先國(guó)外10年。目前，中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題主要在于：產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成、原創(chuàng)技術(shù)太少、產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如國(guó)內(nèi)3D打印最大規(guī)模不足1億元人民幣/年，而國(guó)外企業(yè)產(chǎn)值可達(dá)10億美元/年。

東北大學(xué)的豆志河等人經(jīng)過多年的研究，發(fā)明了以金屬氧化物、鎂粉為原料，自蔓延冶金法制備球形金屬粉體的清潔制備技術(shù)。即，首先對(duì)原料進(jìn)行球磨活化預(yù)處理；然后壓制成坯樣，并將坯樣進(jìn)行自蔓延反應(yīng)，得到產(chǎn)物彌散分布在MgO基體中的燃燒產(chǎn)物；再把燃燒產(chǎn)物不經(jīng)破碎，進(jìn)行密閉強(qiáng)化浸出以除去MgO基體，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到超細(xì)金屬粉體；最后將酸浸過程產(chǎn)生的酸性MgCl2溶液進(jìn)行直接熱解得到MgO副產(chǎn)品，熱解尾氣制酸，返回浸出段循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了無廢清潔生產(chǎn)。成功制備出用于3D打印的鎢粉、鉭粉、鉬粉、鈦粉等超細(xì)金屬粉體(見圖3)[7]。其中，鎢粉純度>99.0%，平均粒徑為0.87 μm，氧含量為0.12%；鉭粉純度>99.0%，平均粒徑為1.0 μm，雜質(zhì)鎂含量<0.04%；鉬粉純度>99.0%，粒徑<1 μm，雜質(zhì)鎂含量<0.03%。

圖3　自蔓延冶金法制備的超細(xì)金屬粉體的SEM照片：(a) 鎢粉，(b) 鉭粉，(c) 鉬粉，(d) 鈦粉[7]Fig.3　SEM micrographs of ultrafine metal powders prepared by SHS：(a) Tungsten powder, (b) Tantalum powder, (c) Molybdenum powder, (d) Titanium powder [7]

3　自蔓延熔鑄法直接制備高熔點(diǎn)合金

3.1深度多級(jí)還原直接冶煉鈦基合金

鈦是國(guó)家安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)保障。例如一架波音B787飛機(jī)用鈦量達(dá)到136 t；空客A380用鈦量將達(dá)到146 t；一架空客A320、A330、A340的用鈦量分別為12 t、18 t、25 t；一架F22用鈦量36 t，F(xiàn)35用鈦量25 t；一艘“臺(tái)風(fēng)”級(jí)核潛艇每艘用鈦量高達(dá)9000 t；一套日產(chǎn)13萬t的海水淡化裝置用鈦1500 t。由此可見，鈦是關(guān)系到國(guó)家安全的戰(zhàn)略物質(zhì)，鈦及鈦合金亦是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)保障?，F(xiàn)有鈦材利用原則流程如圖4所示[14-15]。

圖4　鈦的應(yīng)用工藝流程圖[14-15]Fig.4　Process flow chart of titanium application [14-15]

由圖4可知，現(xiàn)有鈦材的利用首先需要經(jīng)過高溫氯化、真空還原、高溫精餾得到海綿鈦，然后再將海綿鈦破碎、壓錠，最后再經(jīng)真空重熔得到鈦及鈦合金。存在著工藝流程長(zhǎng)、操作復(fù)雜、投資成本高等缺陷；高溫氯化過程污染嚴(yán)重，固廢排放為1.5 t/t海綿鈦；能耗高、生產(chǎn)成本高，需要經(jīng)過高溫氯化、真空還原、精餾精制等高溫過程，能耗高、生產(chǎn)成本高是制約現(xiàn)有鈦材大規(guī)模利用的技術(shù)瓶頸。因此，開發(fā)鈦及鈦合金短流程清潔制備新理論、新方法制備仍舊是現(xiàn)在鈦工業(yè)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[16-21]。豆志河等人經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)明了深度多級(jí)還原直接制備鈦基合金的新思路，即提出了不同價(jià)態(tài)金屬氧化物采用不同電負(fù)性強(qiáng)弱的還原劑進(jìn)行還原的“多級(jí)深度還原”理論，解決了高價(jià)金屬氧化物用單一還原劑難以直接徹底還原的科學(xué)難題。完成了10 kg級(jí)規(guī)模的多級(jí)深度還原放大試驗(yàn)，突破傳統(tǒng)鋁熱還原法無法制備低氧鈦基合金的技術(shù)瓶頸，成功制備出低氧高鈦鐵、鈦鋁、鈦鋁釩合金等。

由圖5知，一步還原法制備高鈦鐵合金時(shí)，盡管達(dá)到了降低氧含量的目的(降至0.59%)，但合金中鋁殘留卻高達(dá)7.8%。而先鋁熱還原后鈣熱深度多級(jí)還原法制備高鈦鐵合金時(shí)，不但達(dá)到降低氧含量的目的(降至0.23%)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了合金中鋁殘留雜質(zhì)的有效控制(鋁殘留量?jī)H為1.5%)。

圖5　不同工藝制備的高鈦鐵的SEM照片：(a) 一步還原，(b) 多級(jí)還原Fig.5　SEM micrographs of high titanium free alloy prepared by different processes：(a) one step strengthened reduction, (b) two-step multistage reduction

由圖6知，采用一步鋁熱還原制備的鈦鋁合金中氧含量高達(dá)4.85%，且存在Al2O3夾雜，以及明顯的微觀結(jié)構(gòu)缺陷(合金中鋁18.6% ，鈦76.30%)。而采用先鋁熱還原后鈣深度多級(jí)還原制備的鈦鋁合金中氧含量?jī)H為0.18%，且合金中的氧化鋁夾雜消失(合金中鋁17.5%，鈦 82.2%)。

圖6　不同工藝制備的鈦鋁合金的SEM照片：(a) 一步還原，(b) 多級(jí)還原Fig.6　SEM micrographs of titanium aluminum alloys prepared by different processes：(a) one step strengthened reduction, (b) two-step multistage reduction

由圖7可知，一步鋁熱還原法制備的鈦鋁釩合金中存在明顯的Al2O3夾雜，而先鋁熱后鈣熱多級(jí)深度還原制備的鈦鋁釩合金中不存在Al2O3夾雜。能譜分析結(jié)果可知：多級(jí)深度還原法制備的鈦鋁釩合金基體相如圖7(b)中的區(qū)域1所示(Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為49.25%，Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.63%，釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.12%)。析出相如圖7(b)中的區(qū)域2所示(Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.84%，Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.87%，釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.31%，氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.88%)。

圖7　不同工藝制備的鈦鋁釩合金SEM照片：(a) 一步還原，(b) 多級(jí)還原Fig.7　SEM micrographs of Ti-Al-V alloys prepared by different processes：(a) one step strengthened reduction, (b) two-step multistage reduction

3.2鋁熱還原-熔渣精煉法制備大尺寸CuCr合金[22-26]

Cu-Cr合金系中鉻含量大于5%以上的高鉻型Cu-Cr合金是大功率真空開關(guān)觸頭材料的首選材料，大功率高壓開關(guān)觸頭全世界每年有3000萬片以上需求量，國(guó)內(nèi)每年有1000萬片以上的市場(chǎng)需求，市場(chǎng)價(jià)值10億元以上，主要為組成為CuCr5-CuCr50系列合金。CuCr是典型的難混溶合金，采用普通冶金鑄造法制備時(shí)，合金鑄錠宏觀偏析嚴(yán)重。圖8是目前工業(yè)生產(chǎn)Cu-Cr合金觸頭材料的典型工藝示意流程圖，這幾種方法均是以高純金屬銅粉、鉻粉等金屬粉體為原料，經(jīng)過壓錠、高真空二次燒結(jié)/重熔等處理，存在著生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜等缺陷，產(chǎn)品致密度差(熔滲法和粉末冶金法)以及產(chǎn)品成品率低等缺陷。張廷安、豆志河等人從自蔓延冶金熔鑄角度出發(fā)，提出以CuO、Cr2O3、Al為原料，首先采用鋁熱自蔓延獲得高溫熔體，然后將高溫熔體保溫進(jìn)行熔渣精煉，最后快速凝固得到均質(zhì)Cu-Cr合金鑄錠。由圖9知，采用鋁熱還原-熔渣二次精煉后制備的CuCr25合金的微觀組織分布均勻，微觀組織均勻致密。化學(xué)成份分析結(jié)果表明：合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)76.81%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.54%，滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NC/GDC008-2013的CuCr25合金的成份要求。

圖8　CuCr合金觸頭材料的工業(yè)生產(chǎn)方法Fig.8　Industrial production process of copper-chromium alloy contactor

圖9　不同工藝制備的CuCr25合金的金相照片：(a) 鋁熱電磁鑄造，(b) 鋁熱還原-二次精煉Fig.9　Metallographs of CuCr25 alloys prepared by different processes：(a)Aluminothermic reduction-electromagnetic casting, (b) Aluminothermic reduction-Refining

圖10　不同工藝制備的CuCr40合金的金相照片:(a) 鋁熱電磁鑄造，(b) 鋁熱還原-二次精煉Fig.10　Metallographs of CuCr40 alloys prepared by different processes:(a)Aluminothermic reduction-electromagnetic casting, (b) Aluminothermic reduction-Refining

由圖10知，采用鋁熱還原-熔渣二次精煉后制備的CuCr40合金的微觀組織分布均勻，微觀組織均勻致密?；瘜W(xué)成份分析結(jié)果表明：合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)58.21%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.56%，化學(xué)成份滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NC/GDC008-2013的CuCr40合金的成份要求。

4　結(jié)　語(yǔ)

自蔓延冶金是利用反應(yīng)體系快速釋放的自身化學(xué)能,形成超高瞬變溫場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)的高效轉(zhuǎn)化。同時(shí)由于反應(yīng)過程的快速升降溫及熱量密度集中等特點(diǎn)，因此在合成高熔點(diǎn)金屬粉體時(shí)，合成的粉體具有粒度小、化學(xué)活性高等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于自蔓延反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)條件是一致的，所以合成的超細(xì)粉體粒度分布均勻。在采用鋁熱自蔓延熔煉制備高附加值合金時(shí)，制備合金微觀組織致密均勻，同時(shí)反應(yīng)過程中形成的超高溫場(chǎng)可強(qiáng)化除去原料中的揮發(fā)性雜質(zhì)，保證了合金的純度。但是自蔓延反應(yīng)過程本身屬于強(qiáng)放熱快速反應(yīng)過程，如何實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的精細(xì)調(diào)控，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

東北大學(xué)豆志河建立了自蔓延快速反應(yīng)過程中超高瞬變溫場(chǎng)和反應(yīng)速度的精細(xì)化控制模型，實(shí)現(xiàn)了自蔓延快速反應(yīng)過程的精準(zhǔn)控制和產(chǎn)品質(zhì)量的精確調(diào)控。在此理論指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自蔓延反應(yīng)過程及核心裝備的放大，建立了0.5～1.0 m3規(guī)模的鎂熱自蔓延用的核心裝備，實(shí)現(xiàn)了以氧化物為原料，鎂熱自蔓延法規(guī)?；鍧嵵苽涓呋钚猿?xì)粉體的技術(shù)突破。開發(fā)出基于鋁熱自蔓延-深度多級(jí)還原制備鈦基合金技術(shù)及關(guān)鍵裝備，成功制備出氧含量<0.5%的高鈦鐵和氧含量<0.2%的鈦鋁合金，打破多年來鈦工業(yè)界一直認(rèn)為的金屬熱還原法無法直接制備低氧鈦基合金的觀點(diǎn)。突破了現(xiàn)有鈦材利用必須要經(jīng)過高溫氯化-精制-真空還原-海綿鈦-精煉的高能耗、高污染的復(fù)雜流程的技術(shù)瓶頸，為我國(guó)鈦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)升級(jí)提供了技術(shù)及設(shè)備保障。開發(fā)出鋁熱還原-深度精煉法制備大尺寸均質(zhì)CuCr難混溶合金的技術(shù)及裝備，制備出Φ50～120×200 mm的符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NC/GDC008-2013的CuCr25和CuCr40的2 kg級(jí)均質(zhì)鑄錠，實(shí)現(xiàn)了大尺寸均質(zhì)難混溶合金的低成本高效制備。

References

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(編輯吳琛)

《青年園地》特約撰稿人

特約撰稿人丁向東

丁向東：男，1970年生，教授，博士生導(dǎo)師。2015年受聘為“長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授”。主要從事材料形變與相變行為的多尺度計(jì)算模擬及實(shí)驗(yàn)研究。在利用

特約撰稿人豆志河

材料中的晶體缺陷對(duì)馬氏體相變行為的調(diào)控作用及其產(chǎn)生的新物理效應(yīng)等方面取得重要進(jìn)展。連續(xù)兩屆擔(dān)任“973”計(jì)劃項(xiàng)目課題的課題組長(zhǎng)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金

重大國(guó)際合作項(xiàng)目1項(xiàng)、面上項(xiàng)目3項(xiàng)。在材料以及物理領(lǐng)域影響因子大于3的期刊 (包括Science,NatureMater,AdvMater,NanoLett,PhysRevLett等) 上發(fā)表論文60余篇，SCI引用1 200余次，并作重要國(guó)際會(huì)議特邀報(bào)告16次。

豆志河：男，1978年生，教授，博士生導(dǎo)師。國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、遼寧青年科技獎(jiǎng)“十大英才”、首屆中國(guó)高校冶金院長(zhǎng)論壇青年教師獎(jiǎng)(全國(guó)僅

6名)、東北大學(xué)五四獎(jiǎng)?wù)?優(yōu)秀教師獲得者?，F(xiàn)任東北大學(xué)特殊冶金與過程工程研究所副所長(zhǎng)。兼任中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)冶金反應(yīng)工程學(xué)學(xué)術(shù)專業(yè)委員會(huì)副秘書長(zhǎng)、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)理事、中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員，《無機(jī)鹽工業(yè)》編委。主要從事特殊冶金/自蔓延冶金、清潔冶金新工藝及材料冶金制備一體化研究。先后10余次以大會(huì)報(bào)告形式系統(tǒng)介紹了自蔓延冶金領(lǐng)域的個(gè)人前沿研究

成果，受到了同行的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、科技支撐計(jì)劃、“973”計(jì)劃等項(xiàng)目20多項(xiàng)。在Hydrometallurgy, ISIJ International, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, JOM等冶金權(quán)威期刊發(fā)表論文130多篇，SCI、EI收錄90余篇次，他引800余次；申請(qǐng)發(fā)明專利100多項(xiàng)，國(guó)際專利3項(xiàng)；出版專著3部。

Research Progresses on the Preparation of Powders and Alloys by SHS-Metallurgy

DOU Zhihe，ZHANG Tingan

(Key Laboratory of Ecological Metallurgy of Multi-metal Intergrown Ores of Ministry of Education,School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China)

With the continuous development of modern technology and the intersection between different disciplines, as well as the application of outfield technology in metallurgical process, a new interdisciplinary subject—“special metallurgy” was formed. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) metallurgy, as a branch of special metallurgy, is one of the most important research fields. Based on the chemical reaction heat that immediately released by the reaction system itself, SHS-Metallurgy method can quickly form an ultra high transient temperature field, thus realizing fast and efficient preparations of the high melting point metals and compounds. This paper systematically discusses the productions and present application situations of the high melting point ultrafine metal powder and ultra-fine boride ceramic powder, as well as the latest research results of SHS-Metallurgy on the preparations of the high melting point ultrafine metal powder and ultra-fine boride ceramic powder. Moreover, the productions and present application situations of titanium-based alloys and copper-chromium immiscible alloys, have some disadvantages such as high cost, long process and complex operation. Herein, the latest research results on aluminothermic reduction-multistage depth reduction in the direct preparations of titanium-based alloys and copper-chromium immiscible alloys are introduced.

special metallurgy; self-propagating metallurgy; ultra-fine powder; titanium-based alloys; immiscible alloy

2015-10-29

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51422403, 51274064)；“973”計(jì)劃項(xiàng)目(2013CB632606)；教育部中央高校基本業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(N140204013, N130102002, N130702001)；遼寧省教育廳高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(LZ2014021)

豆志河，1978年生，教授，博士生導(dǎo)師

張廷安，1960年生，教授，博士生導(dǎo)師，

Email: zta2000@163.net

10.7502/j.issn.1674-3962.2016.08.06

TF123

A

1674-3962(2016)08-0598-08